硅材料的热特性分析1VIP专享VIP免费

微电子实验专业班级：电子24班姓名：任谦学号：2120501080组别：16组同组者：薛迪、苏原、王嘉琪、王述琪、吴超一、实验名称硅材料热特性测量分析二、实验目的以半导体硅单晶材料制成的硅正电阻温度系数热敏电阻器件和pn结二极管为测试对象，学习测量半导体材料热电综合特性的实验方法以及其实验装置，了解pn结正向压降随温度变化的基本关系式。在恒定正向电流条件下，测绘pn结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度及被测pn结材料的禁带宽度。学习用pn结测温的方法。了解热敏电阻，pn结二极管的电输运的微观机制及其与温度的关系。掌握半导体材料的热电特性知识，达到对半导体硅材料的热敏特性的认识，并了解其工作原理和测试方法。三、实验原理影响半导体材料导电性的首要因素表现在载流子浓度和载流子的迁移率，载流子浓度和载流子迁移率都随温度变化，所以半导体导电性强烈地随温度变化。当温度升高时，由于电子散射原因，电子迁移率减小，电阻率随温度升高而增大。PN结的正向电压降与其正向电流和温度有关，当正向电流保持不变时，则正向压降只随温度变化。当温度升高时，二极管的正向特性曲线向左移动。这是因为温度升高时，扩散运动加强，产生同意正向电流所需的压降减小。当温度升高时，二极管的反向特性曲线向下移动。这是因为随温度升高，本证激发加强，半导体中少子数目增多，在同意反向电压下，漂移电流增大。A：硅材料载流子迁移率的温度特性1、迁移率与温度的关系掺杂的硅半导体主要散射结构是电离杂质散射和声学波散射。电离杂质随温度升高迁移率增大，随杂质增加迁移率减小；声学波是随温度升高迁移率下降。当掺杂浓度较低时可忽略电离杂质影响。当掺杂浓度较高时，低温晶格振动较弱，晶格振动散射比电离杂质散射弱，所以随温度升高迁移率缓慢增大；温度高时，晶格振动加强，迁移率随温度升到而降低。高温下，主要是光学散射，温度较低时，主要是杂质离子散射，常温下，主要是晶格热振动散射。对电离杂质散射，有：声学波散射：总迁移率为：2、电阻率与杂质浓度的关系电阻率决定于载流子的浓度和迁移率，当半导体中同时需要考虑电子和空穴两种载流子时，N型半导体，电子浓度远大于空穴浓度时，P型半导体，电子浓度远小于空穴浓度时，本征半导体，电子浓度等于空穴浓度时，电阻率与杂志浓度的关系：轻掺杂时，室温下杂质全部电离，载流子浓度近似等于杂质浓度，而迁移率随杂质浓度的变化不大，与载流子浓度的变化相比较，可以认为迁移率几乎为常数，所以随杂质浓度升高而电阻率下降，若对电阻率浓度取对数，则电阻率和杂质浓度的关系是线性的。掺杂浓度较高时，由于室温下杂质不能全部电离，简并半导体中，电离程度下降更多，使载流子浓度小于杂质浓度；又由于杂质浓度较高时迁移率下降较大。这两个原因使得电阻率随杂质浓度升高而下降。本征半导体和杂质半导体的电阻率随温度的变化关系有很大不同，不同的半导体材料在不同的温度下其本征浓度不同，并且可用下式表示：随温度升高，本征载流子浓度增加，本征半导体电阻率随温度升高而单调下降。对杂质半导体，电阻率随温度的变化又要复杂些。对N型半导体，由可得少子浓度，它强烈地依赖于温度的变化。杂质电离程度与温度、掺杂浓度及杂质电离能有关，温度高，电离能小，有利于杂质电离。通常所说的室温下全部电离，是忽略了杂质浓度的限制。3、电阻率随温度的关系如图所示为一般掺杂半导体材料的电阻率随温度变化的示意图。由图可得，电阻率的变化可以分为三段：AB段：低温区段温度很低，本证激发可以忽略，载流子主要有杂质杂志电离提供，它随温度升高而增加；散射主要由杂质电离决定，迁移率也随温度升高而增大，所以，电阻率随温度升高为增大。BC段：电离饱和区段，温度继续升高，杂质已全部电离，本征激发还不十分显著，载流子基本上部随温度变化，晶格振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以，电阻率随温度升高而增大。C段：本征激发区段，温度继续升高，本征激发很快增加，大量本征载流子的产生远远超过迁移率的减小对电阻率的影响，这时，本征激发成为矛盾的主要方面，杂质半导体的电阻...